数字电路 数字钟设计.docx
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数字电路数字钟设计
目录
一.指标要求………………………………………………………………………2
二.设计计算………………………………………………………………………2
1.总体方案设计………………………………………………………………2
2.单元电路设计………………………………………………………………3
1)译码驱动及显示单元……………………………………………………3
2)时间计数单元……………………………………………………………4
3)校时控制电路单元………………………………………………………6
4)石英晶体振荡电路………………………………………………………6
3.总体电路……………………………………………………………………7
三.安装调试………………………………………………………………………8
四.软件仿真………………………………………………………………………8
1)仿真………………………………………………………………………8
2)调试及制作………………………………………………………………9
五.总结……………………………………………………………………………9
附录1………………………………………………………………………………11
附录2………………………………………………………………………………12
参考文献……………………………………………………………………………13
数字钟的设计与制作
1.指标要求:
1.显示时、分、秒。
.采用24小时制。
2.具有校时功能,可以对小时和分单独校时,对分校时的时候,停止分向小时进位。
校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。
3.为了保证计时准确、稳定,由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。
二.设计计算:
1.总体方案设计:
图1.数字钟组成框图
数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。
在其进位计数的基本功能上,同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。
通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。
数字钟的结构组成:
1)晶体振荡器电路
2)分频器电路
3)时间计数单元
4)译码驱动及显示单元
2.单元电路设计:
1)译码驱动及显示单元
图2.译码驱动及显示器
选择74LS248作为显示译码电路;选择LED数码管作为显示单元电路。
由74LS248把输进来的二进制信号翻译成十进制数字,再由数码管显示出来。
这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。
在LT=RBI=1的条件下,及使能输入BI/BRO=1时,锁存器不工作,译码器的输出随输入码的变化而变化。
而七段数字显示器共阴极,输入高电平有效,发光二极管导通发亮。
2)
时间计数单元
秒与分的个位与十位的连线电路
图3.秒的个位与十位连线电路
计数器芯片74LS290的RO1和RO2是清零端,当两端都为1时,将清零,R91和R92是置“9”端。
清零时R91和R92中至少有一个端为0,不使置1以保证清零可靠进行。
当给计数器的秒个位CP0端施加脉冲信号时,开始计数,输出端Q0~Q3将结果输出给译码器。
当秒个位输出结果是1010时,一方面将Q2,Q4的低电平通过与非门后的结果1再通过非门后的结果0输送给秒十位的计数器CP0端,实现进位,并驱动秒十位计数器工作。
另一方面Q2,Q4的高电平接到RO1和R02上,使秒个位自动清零。
由此,达到秒个位清零,并同时向十位进位的目的。
同理于秒十位,当其输出端结果为0110时,其Q2,Q3的结果接到RO1和R02SHA上,使秒自动清零,分个位进位。
此时数码显示器的秒个位的数字从0变化到9,十进制状态;秒十位在个位的进位下从0变化到5,六进制状态。
同理于分个位与分十位。
时的连接电路:
图4.时的连线电路
时个位是十进制,而十位是三进制,所以当个位290的输出端结果分别是1010,个位向十位进位,同时当十位为0010,个位为0100时,十位的Q2端结果输给RO1,同时也输给个位的RO2,个位的Q3端结果输给R01,同时输给十位R02,两者同时作用,使数字到达24时而清零,实现24小时的功能。
3)
校时控制电路单元
当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。
通常,校正时间的方法是:
首先截断正常的计数通路,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可。
图5.校时控制电路
根据要求,数字钟应具有分校正和时校正功能,因此,应截断分个位和时个位的直接计数通路,并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。
图5所示该校时控制电路能实现对时部分的校时工作,当按Space时,开关又端闭合信号源直接给时的计数器脉冲信号。
这样,小时数自动上升,实现校时功能。
4)石英晶体振荡电路
振荡器是数字钟的核心。
振荡器的稳定度及频率的精确的决定了数字钟计时的准确程度,通常选用石英晶体构成振荡器电路。
一般来说,振荡器的频率越高,计数精度越高。
常取晶振的频率为32768HZ,因其内部有15集2分频集成电路,所以输出端正好可得到1HZ的标准脉冲。
本线路并未设计石英晶体振荡电路,而是以信号发生器代替。
同样能够实现时钟功能。
3.总体电路:
此电路由芯片数码显示器7SEG、译码器74LS248,计数器74LS290(依次从上而下),两个校正电路(分别能单独地对分和时校时),函数信号发生器(产生1HZ信号),2个与非门,4个与门,2个非门,2个异或门。
元件清单:
6个7SEG数码显示器
6个74LS247译码器
6个74LS161计数器
2个74LS00与非门芯片
1个74LS04非门芯片
1个74LS02异或门芯片
46个500欧姆的电阻
若干导线
3.安装调试
安装过程中,刚开始阶段,由于对图纸以及个元件的不了解。
秒的个位及十位在调试过程中出现了数字显示不全的现象,不过在同组同学配合以及仔细检查后,克服了困难找到了问题的所在,在连接六进制的过程中,发现电路只能4、5的跳动,后经发现是由于接到与非门的引脚接错一根所至,经纠正后能正常显示。
在连接六进制、十进制、六十进制的进位及十二进制的接法中,要熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。
本次实验中还发现一块坏的LED数码管,经更换后均能正常显示。
通过安装以及调试过程,最后连接出了可正常显示秒,分,时的电子钟。
4.软件仿真
1)仿真
环境:
Multisim软件
学习使用Multisim软件,学会从该软件上找到所需的芯片及元器件,由秒向时部分依次进行设计并逐步仿真,从而发现问题能及时解决。
2)调试及制作
将仿真后得到的结果通过实物表现出来,按照原理图进行实物连接,连接过程当中逐步调试,以确保作品存在的问题能及时发现,并得到解决。
5.总结:
1)设计及制作过程中遇到的问题
制作上,出现虚焊的现象导致数码显示器显示出错或不显示,甚至在进位上不能实现。
解决问题的方法:
仔细检查连线是否有问题,当数码器不能工作时,可能是由虚焊而引起,可以通过使用万用表检查是哪部分有问题。
万用表在电阻档,若显示无穷,则是虚焊引起,由此重新焊烙导线可以得以改善。
2)心得体会
在此次的数字钟设计过程中,我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
尤其在焊接的过程中,对于各芯片的管脚要更为注意,倘若一个管脚接错,将导致其分单元不能工作,甚至整体都不能工作。
对于数字钟是如何工作的原理要搞清楚,了解各部分是几进制状态,否则在其秒,分依次向高位进位时容易出错。
还有在焊接时,需要细心加耐心,要有毅力,否则一事无成。
3)对该设计的建议
此次的数字钟设计重在于接线,虽然能按电路图接出来,并能正常显示,但对于电路本身的原理并不是十分重视。
总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力。
附录1:
元件清单
电阻42个
LED6个
74LS2486个
74LS2906个
74LS002个
74LS041个
40P2个
16P12个
14P3个
电路板一块
附录2:
实物照片
参考文献
[1]彭介华主编.电子技术课程设计指导[M].北京:
高等教育出版社,2002
[2]杨志忠.电子技术课程设计[M].北京:
机械工业出版社,2008.6
[3]秦曾煌.电工学--下册电子技术(第六版)[M].北京:
高等教育出版,2006.1
[4]
[5]
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